基于5G物联网技术的智能工装盘点系统

苏庆双，王 辉，赵 岩，李 超

（1.上海飞机制造有限公司，上海200000；2.江苏金陵智造研究院有限公司，江苏 南京210000）

对于生产制造行业，工装资产是维持企业正常运作的保障条件，企业每年都会投入大量的人力和资金去购买各种工装产品，因此需要对这些工装产品进行全面细致的管理[1]。

飞机制造工装种类多、数量大，传统的人工工装盘点方式展现出很多弊端，主要表现为以下三个方面，其一，需投入大量人力物力以及时间进行数据录入和核对；其二，人工录入信息容易因为人为原因导致资产数据库出现错乱，影响生产；其三，人工盘点会导致信息更新不及时，同时人员变动会使得资产的移动和调配显现出滞后和对账不清的情况[2]。

随着科学技术的发展，越来越多的企业开始使用物联网技术进行资产盘点。国网新疆机房基于RFID射频识别技术管理了5个机房、400余个机柜，近3000台设备，通过资产智能盘点，真正做到了账实相符，实现了资产全生命周期管理[3]。国网四川自贡供电公司采用RFID技术手段，实现安全、快速、准确的资产盘点，有效解决了固定资产管理中的账实不符、账卡物不一致等问题，实现了“资产-设备”对应、价值与实物的统一管理[4]。集美大学图书馆建立了中国第一家RFID馆藏管理系统，实现入库归类整理、自动借还、固定资产盘点、安全保密等功能，提高了图书馆的服务水平[5]。

物联网技术的应用，很好的解决了工装信息需要人工录入的问题，但在大面积多区域的飞机制造生产环境中，工人手持RFID设备进行工装盘点的情况仍然存在，这便产生了效率慢、人工成本高的问题。为解决此问题，本文基于物联网技术，依托于5G高速度低延时的特性，以自动巡航机器人为载体，设计了一套智能工装盘点系统。该系统由工装巡检机器人和工装盘点平台两部分组成，巡检机器人搭载RFID读卡设备，能够执行自动工装盘点任务；工装盘点平台对机器人上传的工装信息进行资产分析和统计，并在显示大屏上实现盘点数据的可视化展示。

1 智能工装盘点系统总体设计

1.1 系统总体架构图

以物联网RFID技术为主要信息采集手段，将每个工装进行唯一编码，搭建工厂工装资产数据库。通过移动机器人对标签数据进行智能化、自动化采集，并利用可视化数据管理平台，实现对工装资产的智能化管控[6-7]。系统总体架构图如图1所示。

图1 系统总体架构图

接入层为系统接入外部设备的功能模块，包括协议转换器和自动巡检机器人软件系统。协议转换器将网络摄像头的视频通过GB/T28181协议上传至数据中台；自动巡检机器人软件系统实现对机载控制器、RFID设备、升降杆的信息交互，并通过网络接口上传至数据中台。

数据中台为系统的核心功能模块，提供核心应用服务，其中包括流媒体服务平台、数据交互服务平台、数据库。流媒体服务平台接收接入层推送的视频流信息，并分发给前端调用；数据交互服务平台实现自动巡检机器人软件系统与前端的信息交互。

业务层为系统所能实现的功能，包括视频预览、机器人状态数据显示、报表管理、现场遥控、调度指令、机载设备控制。

展示层为业务层的前端显示途径，包括电脑、Pad、展示大屏、手机。

1.2 系统网络拓扑图

智能工装盘点系统以5G网络为中心，构建高速、稳定的数据交互通道。系统网络拓扑图如图2所示。其中，服务器安装在公网服务器中，提供必要的数据转发和视频推流；5G CPE为机器人和摄像头提供互联网。

图2 系统网络拓扑图

2 关键技术研究

2.1 工装信息采集和位置判别

自动巡检机器人上安装RFID探测器，在工装上安装能接收信息探测器的电子标签，每个电子标签中记录了工装详细信息。机器人在车间内固定的巡航路线上自主移动，当机器人经过电子标签时，RFID探测器读取到标签的编号，并获取到探测器与标签之间的距离值RSSI。自动巡检机器人配备激光定位装置，不间断的为机器人提供位置坐标，结合三点定位原理，电子标签的位置坐标即可被确定。定位原理图如图3所示。

图3 电子标签定位原理图

式中：（x，y）为电子标签的位置坐标；（x1，y1），（x2，y2），（x3，y3）分别表示连续三个探测点的机器人坐标值；RSSI1，RSSI2，RSSI3分别表示连续三个探测点的机器人与电子标签之间的距离值。

根据式（1）可计算出电子标签的位置坐标，将此坐标值与后台数据库中工装正确位置区域做比对，即可判别工装是否误摆、丢失或移位。

2.2 现场取证

在发现工装误摆、丢失、移位等非正常现象时，除了要将异常数据进行上传外，现场拍照或录像取证是必不可少的。机器人搭载网络摄像头，将现场视频实时推送到数据中台，供终端软件调用。

视频推流方案架构如图4所示，其中，终端层为一系列网络摄像头设备，通过GB/T28181协议注册服务；服务层包含SIP中心信令管理服务和流媒体服务，实现信令管理和视频推流；应用层调用服务层的网络接口，实现摄像头设备管理、视频预览、现场截图、录像等功能。

图4 视频推流方案架构图

2.3 工装盘点平台设计

工装盘点平台用于接收自动巡检机器人上传的工装位置数据，通过对数据进行分析处理，将处理的结果展现在前端界面上，从而提升工装盘点的效率和便捷性；同时工装盘点平台还可以向机器人发送指令数据，控制机器人执行相应的任务。装盘点平台分采用B/S结构，用于服务器的管理以及工装盘点报表的统计分析与展示。

3 应用

智能工装盘点系统应用于上海飞机制造有限公司总装车间，对车间的工装进行自动盘点，利用智能分析算法，真正做到了账实相符，实现了工装的位置跟踪和全生命周期管理。采用人工方式进行工装盘点，周期为数日到数周，容易出现人为盘点误差；并且需要数分钟到几小时的时间定位资产，人工盘点费时费力，准确率低。采用智能工装盘点系统进行工装盘点，可进行实时盘点，盘点准确率高达100%，并可对盘点数据的统计与展示，实现管理操作全自动化，无需人工干预。

4 结束语

总之，传统的人工工装盘点存在诸多问题。上文中的基于5G物联网技术的智能工装盘点系统能够有效地解决人工工装盘点存在的各种问题，并且该系统还可以进行数据统计分析以及个性化展示，可以为使用者提供有力的帮助。同时，该系统已经在上海飞机制造有限公司总装车间进行了实践应用，通过实践结果可知该系统可以进行可进行实时盘点，其盘点准确率高达100%，并且还能够实现操作全自动化，有效的节约了人力物力，可以进行推广。